宜203井（直改平）高密度油基鉆井液技術(shù)

張慶港，劉俊杰，朱成焱

（大慶石油管理局鉆探集團(tuán)鉆井研究院，黑龍江大慶163413）

1 地質(zhì)工程概況

本井四開(kāi)主要鉆遇志留系石牛欄組和龍馬溪組，石牛欄組頂部為灰色灰質(zhì)粉砂巖；上部為深灰色灰質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖及灰色灰質(zhì)泥巖夾灰色灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r；中部為灰色灰?guī)r；下部為灰色泥質(zhì)灰?guī)r，本區(qū)石牛欄組多被剝蝕。龍馬溪組上部為灰色、深灰色頁(yè)巖，下部灰黑色、深灰色頁(yè)巖互層。龍馬溪組的地層壓力系數(shù)為1.60，地溫梯度為3.24℃/100m。本井為評(píng)價(jià)水平井，四開(kāi)用?215.9mm鉆頭鉆進(jìn)至井深5801m，下入?139.7mm 套管至井深5797m，最大井斜93.16°，井眼軌跡為三維魚(yú)鉤井，螺桿造斜，水平段旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)，水平段長(zhǎng)1800m。

2 施工難點(diǎn)

（1）目的層龍馬溪組，巖性以灰色頁(yè)巖為主，夾泥質(zhì)灰?guī)r和泥巖，頁(yè)巖不穩(wěn)定，且地質(zhì)預(yù)告會(huì)鉆遇兩個(gè)斷層，井壁失穩(wěn)嚴(yán)重：掉塊、坍塌導(dǎo)致阻卡、卡鉆等均可能發(fā)生。

（2）本井設(shè)計(jì)密度最高2.32g/cm3，，井底溫度高達(dá)140℃，水平段1800m，儲(chǔ)備重漿密度高達(dá)2.50g/cm3，保持良好的沉降穩(wěn)定性和乳化穩(wěn)定性難度很大。

（3）在高溫、高密度情況下，如何保持泥漿合理的流變性和攜巖洗井能力也是難點(diǎn)。

3 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

基漿配方：白油（240mL）+乳化劑HFMO（6%）+有機(jī)土HFEL（1%）+降濾失劑油溶性樹(shù)脂HFLO（5%）+氧化鈣（4%）+氯化鈣鹽水60mL（33%濃度氯化鈣）。

3.1 沉降穩(wěn)定性

沉降穩(wěn)定性可以用沉降因子衡量，一般認(rèn)為沉降因子不大于0.52，都是可以接受的。將基漿分別加重到 1.40g/cm3、1.9g/cm3、2.5g/cm3，12000r/min 高 攪30min 后入老化罐，溫度120℃老化16h 后測(cè)量其流變性能，靜置24h后評(píng)價(jià)其沉降穩(wěn)定性。靜態(tài)沉降因子Sf的計(jì)算式如下：

式中：ρt——鉆井液液柱頂部的密度；

ρb——鉆井液液柱底部的密度。

由表1 可以看出，在模擬井溫的條件下，加重后的3 個(gè)樣品沉降穩(wěn)定性均良好，沉降因子均小于0.52，特別是密度2.5g/cm3的重漿，沉降因子為0.5，說(shuō)明鉆井液上下層密度完全一致，完全無(wú)分層，可以滿足鉆井液長(zhǎng)時(shí)間靜止時(shí)各種作業(yè)的要求。

3.2 乳化穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

高密度油基泥漿固相含量高，特別是鉆進(jìn)后期有害固相大量侵入泥漿的時(shí)候，很容易造成油基泥漿體系破乳失穩(wěn)，所以保證其良好的乳化穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。破乳電壓是衡量油包水乳化鉆井液的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，一般要求達(dá)到400V以上。

表1 沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

用重晶石粉漿將前述基漿（乳化劑加量漸變）加重到 1.40g/cm3，8000r/min 高攪 30min 后入老化罐，溫度120℃老化16h 后評(píng)價(jià)其乳化穩(wěn)定性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理見(jiàn)圖1。

圖1 乳化劑加量和破乳電壓關(guān)系曲線圖

由圖1 可以看出：隨著乳化劑加量的增加，破乳電壓值會(huì)隨之增加，曲線中間有一個(gè)相對(duì)平緩段，綜合考慮成本問(wèn)題，我們認(rèn)為乳化劑加量6%是合理的。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 高密度油基鉆井液的現(xiàn)場(chǎng)配制

（1）清淘干凈循環(huán)罐及管線，做好替漿時(shí)油基鉆井液返出后，快速清淘尖嘴罐、過(guò)渡槽的準(zhǔn)備。

（2）鉆井液循環(huán)系統(tǒng)所有的密封連接、閘閥的橡膠件、高壓管線、水龍帶及泥漿泵活塞，全部更換為耐油件。檢查固相控制設(shè)備、加重泵、剪切泵和所有攪拌器，確保正常運(yùn)行。

（3）將基礎(chǔ)油加入配制罐中，開(kāi)啟攪拌器，從加料泵漏斗處按配方順序分別加入乳化劑、有機(jī)土、降濾失劑、石灰等，加料結(jié)束后，循環(huán)剪切120min 以上。

（4）配制濃度33%氯化鈣水溶液并充分?jǐn)嚢?，待完全溶解后，緩慢加入到上述的基礎(chǔ)油中，再循環(huán)剪切120min以上。

（5）對(duì)于易坍塌地層，應(yīng)優(yōu)選并加入1.0%～2.0%封堵劑YH-150，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在后期鉆進(jìn)過(guò)程中適當(dāng)調(diào)整加量。

基漿配好后，要經(jīng)過(guò)鉆井泥漿泵，走地面充分循環(huán)，待藥品完全溶解，鉆井液性能均勻。取樣性能如表2所示。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理和應(yīng)用效果

表2 新配成鉆井液性能

4.2.1 總體維護(hù)思路

調(diào)控破乳電壓，可通過(guò)補(bǔ)充乳化劑或充分?jǐn)嚢琛⒀h(huán)、反復(fù)剪切，保持破乳電壓相對(duì)穩(wěn)定；調(diào)整流變性，可通過(guò)調(diào)節(jié)油水比、添加乳化劑、流型調(diào)節(jié)劑、改變堿度等方式進(jìn)行維護(hù)；調(diào)整濾失量，可通過(guò)加入降濾失劑、提高乳化穩(wěn)定性來(lái)維護(hù)；強(qiáng)化封堵性，維持鉆井液中納—微米級(jí)封堵劑濃度；提高鉆井液密度時(shí)，應(yīng)同時(shí)補(bǔ)充基礎(chǔ)油、乳化劑等，維持體系的整體性能；補(bǔ)充鉆井液量時(shí)，應(yīng)按井漿性能要求配制相應(yīng)的鉆井液性能的所需量，循環(huán)周加入；固相控制：按照凈化要求進(jìn)行鉆井液固相控制，振動(dòng)篩布230 目，以控制低密度固相含量。加強(qiáng)振動(dòng)篩漏砂監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)漏砂現(xiàn)象及時(shí)查找原因進(jìn)行整改；鉆進(jìn)過(guò)程中，觀察巖屑返出及井下?tīng)顩r，若發(fā)生掉塊或有垮塌跡象，及時(shí)調(diào)整鉆井液性能，特別是封堵性，必要時(shí)可提高鉆井液密度；井眼清潔，大斜度及水平段鉆井期間，排量不低于30L/s；接立柱前應(yīng)保持鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速和排量，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具循環(huán)不少于10min，待扭矩平穩(wěn)后上提鉆具；起鉆前，根據(jù)不同井深，循環(huán)時(shí)間大于4 倍遲到時(shí)間，充分循環(huán)后，井下仍出現(xiàn)攜砂不良，可采用鉆井液段塞清掃井眼。

4.2.2 乳化穩(wěn)定性

電穩(wěn)定性是油包水乳狀液首先應(yīng)具備的基本性能，破乳電壓是衡量乳化穩(wěn)定性的主要指標(biāo)，宜203 井（直改平）在四開(kāi)正常后，破乳電壓始終維持在600V以上，顯示出良好的乳化穩(wěn)定性。隨著鉆井的進(jìn)行，鉆井液的乳化劑隨著巖屑的攜帶，地層水侵入，以及為調(diào)整油水比加入氯化鈣水等降低，需及時(shí)向井內(nèi)補(bǔ)充乳化劑。需要注意的是，體系的乳化穩(wěn)定性不僅僅表現(xiàn)在電穩(wěn)定性讀值上，更應(yīng)注意觀察鉆井液濾液，如果濾液出現(xiàn)游離水相，則表明體系呈現(xiàn)出了不穩(wěn)定性，應(yīng)提高乳化劑加量。無(wú)論向井內(nèi)循環(huán)加重，亦或是罐面配重漿，在加石粉的同時(shí)，都應(yīng)補(bǔ)充適量一體化乳化劑，以保證乳化潤(rùn)濕效果。

4.2.3 溫高壓濾失性

油包水鉆井液具有較低的濾失量，這主要是因?yàn)殂@井液中親油膠體在井壁上的吸附和沉淀可形成致密泥餅，同時(shí)也是由于分散在油中的乳化水滴在通過(guò)井壁微孔時(shí)的賈敏效應(yīng)造成的。本井在四開(kāi)側(cè)鉆后，HTHP（130℃）失水保持在2mL 以內(nèi)。影響鉆井液濾失量的兩個(gè)主要因素是乳化穩(wěn)定性和親油膠體的含量，兩者會(huì)從每天的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象中體現(xiàn)出來(lái)：如果油包水鉆井液的破乳電壓明顯降低，而且降濾失實(shí)驗(yàn)得到的濾液中油水并存，說(shuō)明乳化穩(wěn)定性遭到破壞，此時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充乳化劑和潤(rùn)濕劑的量，以盡快恢復(fù)其乳化穩(wěn)定性；同時(shí)還要每天觀察實(shí)驗(yàn)所得的濾餅，可將濾餅撕開(kāi)，仔細(xì)觀察其斷面，如果發(fā)現(xiàn)泥餅發(fā)虛，不致密，有微小孔隙，說(shuō)明鉆井液中親油膠體含量偏低，此時(shí)則應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)充親油膠體，諸如有機(jī)土、降濾失劑、封堵劑等。

4.2.4 井壁穩(wěn)定

川渝地區(qū)頁(yè)巖氣地層粘土礦物含量高，基本不含蒙脫石、少量或不含伊/蒙混層。由于頁(yè)巖強(qiáng)親油，油基鉆井液在頁(yè)巖微裂縫及裂縫中潤(rùn)濕角小，頁(yè)巖應(yīng)力強(qiáng)度因子高，井壁圍巖裂縫容易擴(kuò)展，不利于穩(wěn)定井壁。油基鉆井液封堵能力不足（強(qiáng)度不夠）時(shí)容易出現(xiàn)“井壁失穩(wěn)—提高密度—短暫穩(wěn)定—加劇濾液侵入—坍塌惡化”的惡性循環(huán)，現(xiàn)場(chǎng)密度越提越高、井壁穩(wěn)定性越來(lái)越差，井壁掉塊、卡鉆難題較為突出。本井水平段龍馬溪組先后鉆遇兩個(gè)斷層（見(jiàn)圖2），保持井壁穩(wěn)定難度更大?，F(xiàn)場(chǎng)主要通過(guò)不定時(shí)向井內(nèi)泵入3～5m3封堵漿的形式來(lái)穩(wěn)固井壁，同時(shí)嚴(yán)格控制高溫高壓濾失量。從而達(dá)到了良好的封堵微裂縫，保持井壁穩(wěn)定和防漏的效果。封堵漿配方：3%細(xì)目碳酸鈣+2%的改性瀝青+1%的石墨。

圖2 龍馬溪組斷層示意圖

4.2.5 流變性與井眼清潔

良好的鉆井液性能，特別是合理的流變性能與流態(tài)，是保證井眼清潔的關(guān)鍵。全井鉆井液性能見(jiàn)表3。本井自四次開(kāi)鉆至完井，動(dòng)塑比始終保持在0.15Pa/mPa·s 以上，保證鉆井液具有良好的流變性和攜巖能力，防止沉砂卡鉆，控制鉆井液的觸變性，避免過(guò)高的觸變性所導(dǎo)致的在斜井底邊處不動(dòng)區(qū)范圍內(nèi)形成巖屑床。同時(shí)配合適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，如保證返屑所需要的循環(huán)排量，堅(jiān)持短起下鉆破壞巖屑床等。根據(jù)油包水乳化鉆井液中各組分對(duì)鉆井液流變性的影響機(jī)理，結(jié)合本井實(shí)際情況，我們主要采用如下方法來(lái)調(diào)整其流變性參數(shù)：①當(dāng)需要增加粘度、切力時(shí)，適當(dāng)降低油水比，同時(shí)適當(dāng)增大有機(jī)土、改性樹(shù)脂瀝青YH-150等親油膠體的用量，這樣就增加了鉆井液的結(jié)構(gòu)切力。②若粘度過(guò)高，及時(shí)判定粘度增高的原因，降粘的最好方式是通過(guò)提高基礎(chǔ)油的加量改變油水比的方式進(jìn)行調(diào)整，并同時(shí)補(bǔ)充乳化劑和適量的石灰，以保持鉆井液性能的穩(wěn)定。③用好固控設(shè)備，盡可能及時(shí)地清除鉆井液中無(wú)用固相，這一方面可以有效降低塑性粘度，另一方面可以提高動(dòng)塑比，從而保證有效攜巖洗井，避免巖屑在井底重復(fù)切削、研磨（見(jiàn)圖3）。④當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆井液有性能變差的趨勢(shì)時(shí)，及時(shí)配制性能相反的新漿，加入井內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井液性能的有效調(diào)控。改善鉆井液流變性，提高攜巖能力，避免形成巖屑床，起下鉆前采取低粘度、高粘度鉆井液間隔清掃。

5 結(jié)論與建議

圖3 巖屑成型度和返砂效果

表3 全井鉆井液性能

（1）本井在鉆進(jìn)和完井過(guò)程中，起下鉆順利，無(wú)阻卡顯示，沒(méi)有形成巖屑床，完井電測(cè)一次成功。該配方鉆井液具有乳化穩(wěn)定性好、重漿不沉淀、穩(wěn)定井壁和洗井能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足川渝地區(qū)水平鉆井的施工需要。

（2）該配方鉆井液在宜203 井（直改平）的成功應(yīng)用，表明大慶泥漿完全能夠服務(wù)川渝地區(qū)氣井水平井鉆井施工，無(wú)需尋求第三方泥漿服務(wù)。

（3）本井成功的另一個(gè)必須指出的關(guān)鍵是：良好的四級(jí)固控和滿足施工要求的成本投入。這與某些油田不重視四級(jí)固控，幾乎無(wú)限制地強(qiáng)調(diào)成本節(jié)約，而忽略施工風(fēng)險(xiǎn)的做法形成鮮明對(duì)比。

（4）盡管本井泥漿總體非常成功，但該體系仍有需完善之處：川渝地區(qū)鉆井現(xiàn)場(chǎng)所用油基鉆井液有害固相含量約為4%～6%，其尺寸多為微米—亞微米級(jí)，固控設(shè)備無(wú)法徹底分離，有必要引入絮凝劑清除亞微米固相。通過(guò)有機(jī)土和油水比調(diào)流變性有諸多弊端，比如會(huì)導(dǎo)致表觀粘度和塑性粘度超標(biāo)，因此有必要引入提切劑提高旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)6轉(zhuǎn)讀數(shù)，以保證返砂效果。